CN102833322B - 一种高伸缩性的分布式智能物联网络 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高伸缩性分布式智能物联网络,包括：公私有云端服务、总控模块、智能模块、智能模块扩展模块、功能模块、功能模块外设，这些模块以一种灵活的方式进行组网连接，降低拥有成本和维护成本，实现业务的快速部署，便利的组合出更多的应用需求。通过本发明可实现：通过标准接口的定义，实现灵活可伸缩的组网，降低用户首次拥有的成本，降低后续需求扩展的成本；通过便利的云服务，便利的对各模块进行升级维护，降低使用后的维护成本；通过便利、安全、廉价的云存储，实现安全对关键数据的历史记录；通过发达的网络，随时随地的便捷的使用；通过功能模块的扩展，实现低成本的需求部署；通过对智能模块的扩展，降低智能模块的成本占比。

Description

一种高伸缩性的分布式智能物联网络

技术领域

本发明涉及软件和电子领域，具体而言，涉及一种高伸缩性的分布式智能物联网络。

背景技术

现有服务于各行业领域的物联网系统组网及结构复杂，易用性不足，接口标准多样，互通性低，总体拥有成本非常高，这是物联网系统全面普及的障碍，而恰恰社会又迫切的需要以一种低成本、超便利、超灵活的方式解决生产、生活中遇到的各种问题。物联网平民化不是不可能，而是需要以一种平民化的思维去创造一个解决方案，创造一类产品。

本发明以系统模块化为核心，将整个系统中的软硬件做独立的模块化封装，通过标准化的硬件和软件接口，使得各种各样的模块能自动地、智能地结合在一起，系统屏蔽底层复杂的各种软硬接口及操作，以人性化的用户界面，通过网络方式展现和控制，为建设一个组网灵活、伸缩性高、低成本、高分布式、高覆盖的物联网络提供了一种可快速部署的方案。

发明内容

本发明的目标是构建一个组网简单灵活，操作易用的，接口标准化的，总体拥有成本低的高伸缩性分布式智能物联网络。将应用于物联网系统中的各种设备/系统/软件等进行模块化，模块间的交互以标准的接口及协议互联，实现物联网、互联网、企业网间无差别互通。

整个网络中的计算节点完全分布，包括公有、私有的云端计算、总控模块的计算、智能模块的计算以及功能模块的计算。通过此种网络计算结构的设计，将计算能力按需要部署，提高系统的响应实时性、存储安全性、应用多样性。

智能模块和功能模块间采用诸如SPI、CAN、I2C等总线协议（但不限于）进行互通，实现区域的（智能模块和功能模块）MCU（主控单元）间的互联互通，功能和数据的差异终结在功能模块上，功能模块是智能模块的功能代理，智能模块是功能模块的区域管理及决策单元。

此外，为了便于安装以及将一些扩展外设，例如继电器进行有效隐藏，本发明提出一个安装坞的概念。智能模块在墙壁安装的时候，例如替换已有的开关面板，将开关面板替换为安装坞，安装坞和智能模块通过统一的接插件进行连接。安装坞的背面带有外设单元，功能模块对外设单元的控制通过功能模块和智能模块的连接线路透传到智能模块背面的接插件，智能模块背面的接插件再和安装坞的接插件对接，最后通过安装坞的电路板完成对外设的驱动、控制和数据采集功能。通过安装坞的方式实现，以达到美观，易于安装的目的。图12是本发明的安装坞的示意图。

优选地，系统操作者应在云端拥有一个账号，账号绑定了带有层次关系的设备部署地点。

优选地，系统操作者对于要操作的各种硬件模块，应在云端进行防伪绑定。

优选地，系统操作者可以对所拥有的各种硬件模块进行建议的初始化设置。

优选地，系统操作者可以使用云端的Web服务、移动终端上的APP应用以及其它专有系统对各种硬件模块进行操作、策略设定。

优选地，系统操作者可以在云端对所拥有的各种硬件模块进行故障巡检以及固件更新。

优选地，如果各种硬件模块根据自身模块特性，根据预设的策略，实时的将某些信息通知操作者。

本发明由以下几个部分组成：

总控模块：总控模块具备智能模块和网络接入的能力，具备智能模块的区域控制能力，具备数据存储能力，是一个强化的智能模块。

智能模块：智能模块负责若干个具体功能的处理，包括以下基本的内部功能：

1）和“总控模块”的交互能力

2）和“功能模块”的交互能力

3）在不具备总控模块的组网情形下，可独立的接入网络

4）智能模块具备通过软硬件升级演进到总控模块的能力

5）智能模块提供标准的软硬件接口和各种功能模块对接，各种功能模块可以随时以带电或不带电的方式连接到智能模块上去或者从智能模块上移除

6）功能模块接入到智能模块上后，智能模块可以识别功能模块的类型以及合法性，选择适合的协议和功能模块交互，实现功能模块的即插即用

7）功能模块从智能模块上拔出后，智能模块可以立刻感知

8）智能模块可以对所归属的功能模块进行例行巡检

9）智能模块支持通过级联的方式扩展支持更多的功能模块接入，降低单点多功能模块部署的总体拥有成本。

功能模块：功能模块负责和智能模块的交互，负责和具体的物质的交互（比如温度感知、开关控制、摄像头）。功能模块具备外设接入的能力，和具体物质的交互可以通过功能模块的外设进行延伸（比如土壤湿度传感功能模块通过接地的湿度传感器进行连接，接地的土壤湿度传感器就是土壤湿度传感功能模块的外设）。

系统和协议：包括：

1）总控模块软件/硬件接口和通讯协议；

2）智能模块的软件/硬件接口和数据通讯协议；

3）功能模块的软件/硬件接口和数据通讯协议；

4）为总控模块/智能模块提供服务的软件系统。

通过本发明，采取模块化的软硬件组建物联网方法，可以构建一个组网简单灵活，伸缩性高的、操作易用的，接口标准化的，总体拥有成本低的物联网络。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的高伸缩性分布式智能物联网络的总体结构框图。图1中，带有下划线的框图及其文字为非本发明涉及范围，图例仅作说明用。

图2是根据本发明实施例的高伸缩性分布式智能物联网络构成部分总控模块1的结构框图。

图3是根据本发明实施例的高伸缩性分布式智能物联网络构成部分智能模块2的结构框图。图3中，带有下划线的框图及其文字为非本模块内的实体。

图4是根据本发明实施例的高伸缩性分布式智能物联网络构成部分功能模块3的结构框图。

图5是根据本发明实施例的高伸缩性分布式智能物联网络构成部分系统和协议4的结构框图之一。

图6是根据本发明实施例的高伸缩性分布式智能物联网络构成部分系统和协议4的结构框图之二。

图7是根据本发明实施例的高伸缩性分布式智能物联网络构成部分系统和协议4的结构框图之三。

图8是根据本发明实施例1的示意图。

图9是根据本发明实施例2的示意图。

图10是根据本发明实施例3的示意图。

图11是根据本发明实施例4的示意图。

图12是本发明的安装坞的示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1是根据本发明实施例的高伸缩性分布式智能物联网络的总体结构框图，整个网络中的计算节点完全分布，包括公有、私有的云端服务、总控模块、智能模块、功能模块以及功能模块的外设单元。以下优选实例将总控模块、智能模块、智能模块扩展模块、功能模块、功能模块外设进行灵活的组合，来满足各种不同场合下的不同的需求场景。例如初次使用，可以使用优选实施例2，降低入门门槛；需求增多后，可以在优选实施例2的场景下，通过升级使得智能模块变为总控模块，成为优选实施例1。进一步的，可以通过级联，扩展更多的功能模块来完成更多的需求，如优选实施例3。

所述总控模块：参照图2，用途是作为云端和智能模块的通信网关、作为跨智能模块的数据分析及控制逻辑决策，甚至通过总控模块上扩展出来的一些功能模块，来实现本地数据存储及人机交互的功能。

所述智能模块：参照图3，用途是管理本地直接接入或者通过扩展模块接入的各种功能模块，实现即插即用，实现功能模块间的数据融合处理及决策，实现总控模块或云端和具体功能模块交互的通信网关功能。

所述功能模块：参照图4，是具体和物质交互的功能单元，功能模块和具体物质的接触可以通过延伸出去的功能模块扩展完成，也可以直接由功能模块自身完成。功能模块自带数据运算、决策功能，也可以将数据传递给智能模块，同时接受智能模块的控制。

图5、图6、图7是根据本发明实施例的高伸缩性分布式智能物联网络构成部分系统和协议4的结构框图。

所述公私有云端服务是一种系统与协议，所谓云端，特指部署在Internet或者Intranet或者LAN中的服务器或者服务器集群，云端物理上通过以太网络和智能模块或者总控模块对接，采用双方约定好的协议通讯协议；云端提供强大的数据存储能力以及数据分析及交叉决策的能力，提供对智能模块、总控模块、功能模块的管理能力，例如在线固件更新等。不同的功能模块可以提供不同的数据，提供不同的控制能力，这些能力和数据进行汇聚，在云端进行灵活的智能分析与决策，云端相当于一个物联网络的大脑，或者说是智能网，并且这个网络是服务于所有其管辖的个体物联网络的，降低个体物联网络的使用成本。

云端服务可以通过不断的升级更新，快速实现适应市场需要的新的控制策略及数据融合策略以提升物联网络的价值，给使用者带来便利。

优选实施例一：

S101，一个总控模块，用于将多个智能模块连接在一起，并通过网络设备连接至互联网或私有网络以提供远程/近端的系统的控制；

S102，一个或多个智能模块，用于实现具体的采集/监控/接入等功能；

S103，一个或多个功能模块，用于采集/监控/接入的具体外部单元的接入；

S104，部署于接入模块或本地服务器或远端互联网/私有网络等接入的服务器上的控制软件或系统外设。

具体参考图8，优选实施例1。

基于优选实施例1，将实现下列功能：

1.可任意扩展的多种智能模块；

2.通过统一的标准模式，接入到总控模块；

3.通过总控模块，在网络上实现各种软件系统对整个系统的控制。

优选实施例二：

S201，一个或多个智能模块，通过接入具备网络接入能力的功能模块直接接入互联网/私有网络以提供远程/近端的系统的控制；

S202，一个或多个功能模块，用于采集/监控/接入的具体外部单元的接入；

S203，智能模块通过网络/近端升级及设置演进为总控模块；

具体参考图9，优选实施例2。

基于优选实施例2，将实现下列功能：

1.通过智能模块直接接入网络，降低首次拥有成本；

2.智能模块今后可以通过软件设置及升级演进为总控模块，保护投资；

3.在网络上直接对智能模块进行控制。

优选实施例三：

S301，一个总控模块，用于将多个智能模块连接在一起，并通过网络设备连接至互联网或私有网络以提供远程/近端的系统的控制；

S302，一个或多个智能模块，用于实现具体的采集/监控/接入等功能；

S303，一个或多个功能模块，用于采集/监控/接入的具体外部单元的接入；

S304，一个或者多个智能模块扩展模块，实现更多的功能模块接入；

S305，部署于接入模块或本地服务器或远端互联网/私有网络等接入的服务器上的控制软件或系统外设。

具体参考图10，优选实施例3。

基于优选实施例3，将实现下列功能：

通过级联智能模块提供更多功能模块的接入，降低智能模块的成本占比。

优选实施例四：

S401，一个总控模块，用于将多个智能模块连接在一起，并通过网络设备连接至互联网或私有网络以提供远程/近端的系统的控制；

S402，一个或多个智能模块，用于实现具体的采集/监控/接入等功能；

S403，一个或多个功能模块，用于采集/监控/接入的具体外部单元的接入；

S404，功能模块通过外设接口将功能外延以提高使用的便利性；

S405，部署于接入模块或本地服务器或远端互联网/私有网络等接入的服务器上的控制软件或系统外设。

具体参考图11，优选实施例4。

基于优选实施例4，将实现下列功能：

通过功能模块的外设接口将诸如传感器、继电器等外设进行延生，提升实用性。

通过本发明各实施例，本发明实现了如下技术效果：

1.通过标准接口的定义，实现灵活可伸缩的组网，降低用户首次拥有的成本，降低后续需求扩展的成本；

2.通过便利的云服务，便利的对各模块进行升级维护，降低使用后的维护成本；通过便利、安全、廉价的云存储，实现安全对关键数据的历史记录；

3.通过发达的网络，随时随地的便捷的使用；

4.通过功能模块的扩展，实现低成本的需求部署；

5.通过对智能模块的扩展，降低智能模块的成本占比。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种高伸缩性的分布式智能物联网络，其特征在于，包括公私有云端服务、总控模块、智能模块、功能模块以及功能模块的外设单元；

所述公私有云端服务是一种系统与协议，所谓云端，指部署在Internet或者Intranet或者LAN中的服务器或者服务器集群，云端物理上通过以太网络和智能模块或者总控模块对接，采用双方约定好的协议通讯协议；云端提供强大的数据存储能力以及数据分析及交叉决策的能力，提供对智能模块、总控模块、功能模块的管理能力；不同的功能模块可以提供不同的数据，提供不同的控制能力，这些能力和数据进行汇聚，在云端进行灵活的智能分析与决策；所述系统和协议：包括总控模块软件/硬件接口和通讯协议；智能模块的软件/硬件接口和数据通讯协议；模块的软件/硬件接口和数据通讯协议；为总控模块/智能模块提供服务的软件系统；

云端服务通过不断的升级更新，适应新的控制策略及数据融合策略；

所述总控模块：用途是作为云端和智能模块的通信网关、作为跨智能模块的数据分析及控制逻辑决策，甚至通过总控模块上扩展出来的一些功能模块，来实现本地数据存储及人机交互的功能；所述总控模块：总控模块具备智能模块和网络接入的能力，具备智能模块的区域控制能力，具备数据存储能力，是一个强化的智能模块；

所述智能模块：用途是管理本地直接接入或者通过扩展模块接入的各种功能模块，实现即插即用，实现功能模块间的数据融合处理及决策，实现总控模块或云端和具体功能模块交互的通信网关功能；所述智能模块：智能模块负责若干个具体功能的处理，包括和“总控模块”的交互能力和“功能模块”的交互能力；在不具备总控模块的组网情形下，可独立的接入网络，智能模块具备通过软硬件升级演进到总控模块的能力；智能模块提供标准的软硬件接口和各种功能模块对接，各种功能模块可以随时以带电或不带电的方式连接到智能模块上去或者从智能模块上移除；功能模块接入到智能模块上后，智能模块可以识别功能模块的类型以及合法性，选择适合的协议和功能模块交互，实现功能模块的即插即用；功能模块从智能模块上拔出后，智能模块可以立刻感知；智能模块可以对所归属的功能模块进行例行巡检；智能模块支持通过级联的方式扩展支持更多的功能模块接入；

所述功能模块：是具体和物质交互的功能单元，功能模块和具体物质的接触可以通过延伸出去的功能模块扩展完成，也可以直接由功能模块自身完成；功能模块自带数据运算、决策功能，也可以将数据传递给智能模块，同时接受智能模块的控制；所述功能模块：功能模块负责和智能模块的交互，负责和具体的物质的交互；功能模块具备外设接入的能力，和具体物质的交互可以通过功能模块的外设进行延伸；所述功能模块对外设单元的控制通过安装坞的方式实现，安装坞和智能模块通过统一的接插件进行连接，安装坞的背面带有外设单元，功能模块对外设单元的控制通过功能模块和智能模块的连接线路透传到智能模块背面的接插件，智能模块背面的接插件再和安装坞的接插件对接，最后通过安装坞的电路板完成对外设的驱动、控制和数据采集功能；

通过支持可自组网的智能模块的扩展，增强总控模块的能力；

通过多总控模块的绑定，网络云端实现整个分布式智能物联系统的可伸缩性；

通过灵活的决策点设定，根据个性化的需要，在云端设定数据的传送路径及数据融合计算点、控制决策点，将智能物联系统的计算实现分布式；

通过云端可以便利的对各种模块进行远程故障诊断、固件更新管理；

通过总控模块，可以对智能模块、功能模块进行近端故障诊断、固件更新管理。

2.根据权利要求1所述的分布式智能物联网络，其特征在于：还包括

云端上的跨总控模块或智能模块的管理域；

总控模块上的跨智能模块的管理域；

智能模块上的跨功能模块上的管理域。